电弧产生原因

电弧产生现象原因及特点

在有触点电器中，触头接通和分断电流的过程中往往伴随着气体放电现象---电弧的产生及熄灭，电弧对电器具有一定的危害。

电弧属于气体放电的一种形式。气体放电分为自持放电与非自持放电两类，电弧属于气体自持放电中的弧光放电。试验证明，当在大气中开断或闭合电压超过10V、电流超过100MA的电路时，在触头间隙（或称弧隙）中会产生一团温度极高、亮度极强并能导电的气体，称为电弧。由于电弧的高温及强光，它可以广泛应用于焊接、熔炼、化学合成、强光源及空间技术等方面。对于有触点电器而言，由于电弧主要产生于触头断开电路时，高温将烧损触头及绝缘，严重情况下甚至引起相间短路、电器爆炸，酿成火灾，危及人员及设备的安全。所以从电器的角度来研究电弧，目的在于了解它的基本规律，找出相应的办法，让电弧在电器中尽快熄灭。

我们借助一定的仪器仔细观察电弧，可以发现，除两个极（触头）外，明显的分为3个区域，即近阴极区、近阳极区及弧柱区。

近阴极区的长度约等于电子的平均自由行程。在电场力的作用下正离子向阴极运动，造成此区域内聚集着大量的正离子而形成正的空间电荷层，使阴极附近

形成高电场强度。正的空间电荷层形成阴极压降，其数值随阴极材料和气体介质的不同而有所变化，但变化不大，约在10－20V之间。

近阳极区的长度约等于近阴极区的几倍。在电场力的作用下自由电子向阳极运动，它们聚集在阳极附近而且不断被阳极吸收而形成电流。在此区域内聚集着大量的电子形成负的空间电荷层，产生阳极压降，其值也随阳极材料而异、但变化不大，稍小于阴极压降。由于近阳极区的长度比近阴极区的长，故其电场强度较小。

阴极压降与阳极压降的数值几乎与电流大小无关，在材料及介质确定后可以认为是常数。

弧柱区的长度几乎与电极间的距离相同。是电弧中温度最高、亮度最强的区域。因在自由状态下近似圆柱形，故称弧柱区。在此区中正、负电粒子数相同，称等离子区。由于不存在空间电荷，整个弧区的特性类似于一金属导体。每单位弧柱长度电压降相等。其电位梯度E。也为一常数，电位梯度与电极材料、电流大小、气体介质种类和气压等因素有关。

电弧按其外形分为长弧与短弧。长短之别一般取决于弧长与弧径之比。把弧长大大超过弧径的称为长弧。长弧的电压是近极压降（阴极压降与阳极压降）与弧柱压降之和。若弧长小于弧径，两极距离极短（如几毫米）的电弧称为短弧。此时两极的热作用强烈，近极区的过程起主要作用。电弧的压降以近极压降为主，几乎不随电流变化。

电弧还可按其电流的性质分为直流电弧和交流电弧。

问：开关电器中电弧是如何产生的?

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答：电孤是一种气体放电现象，它有两个特点：一是电弧中有大量的电子、离子，因而是导电的，电孤不熄灭电路继续导通，要电弧熄灭后电路才正式断开;二是电弧的温度很高，弧心温度达4000～5000摄氏度以上，高温电弧会烧坏设备造成严重事故，所以必须采取措施，迅速熄灭电弧。信息请登陆:输配电设备网

电弧产生和熄灭的物理过程简述如下：在开关断开过程中，由于动触头的运动，使动、静触头间的接触面不断减小，电流密度就不断增大，接触电阻随接触面的减小就越来越大，因而触头温度升高，产生热电子发射。当触头刚分离时，由于动、静触头间的间隙极小，出

现的电场强度很高，在电场作用下金属表面电子不断从金属表面飞逸出来，成为自由电子在触头间运动，这种现象称为场致发射。热电子发射、场致发射产生的自由电子在电场力作用下加速飞向阳极，途中不断碰撞中性质点，将中性质点中的电子又碰撞出来，这种现象称作碰撞游离。由于碰撞游离的连锁反应，自由电子成倍地增加(正离子亦随之增加)，大量的电子奔向阳极，大量的正离子向负极运动，开关触头间隙便成了电流的通道，触头间隙间介质被击穿就形成电弧。信息来自:https://www.sodocs.net/doc/1713450322.html,

由于电弧温度很高，在高温的作用下，处在高温下的中性质点由于高温而产生强烈不规则的热运动，在中性质点互相碰撞时，又将被游离而形成电子和离子，这种因热运动而引起的游离称为热游离。热游离产生大量电子和离子维持触头间隙间电弧。产生电弧主要由碰撞游离，维持电弧主要依靠热游离。

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问：开关电器中电弧熄灭常用哪些方法? 信息来源:https://www.sodocs.net/doc/1713450322.html,

答：开关电器中电弧熄灭常用的方法如下：

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(1)利用气体或油熄灭电弧。在开关电器中利用各种形式的灭弧室使气体或油产生巨大的压力并有力地吹向弧隙，电弧在气流或油流中被强烈地冷却和去游离，并且其中的游离物质被未游离物质所代替，电弧便迅速熄灭。气体或油吹动的方式有纵吹和横吹两种，纵吹使电弧冷却变细，然后熄灭;横吹是把电弧拉长切断而熄灭。不少断路器采用纵横混合吹弧方式，以取得更好灭弧效果。

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(2)采用多断口。高压断路器常制成每相有两个或多个串联的断口，使加于每个断口的电压降低，电弧易于熄灭。信息来源:https://www.sodocs.net/doc/1713450322.html,

(3)断路器断口加装并联电阻。在高压大容量断路器中，广泛利用弧隙并联电阻来改善它们的工作条件。断路器每相假如有两对触头，一对为主触头，另一对为辅助触头，电阻并联在主触头上。当断路器在合闸位置时，主、辅触头都闭合。当断开电路时，主触头先断开，这时并联在主触头断口上的电阻在主触头断开过程中起分流作用，有利于主触头断口灭弧。主触头的电弧熄灭后，并联电阻串联在电路中，有效地降低触头上的恢复电压数值及电压恢复速度。另外，并联电阻对切断小电感电流或电容电流时，可限制过电压产生。

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(4)采用新介质。利用灭弧性能优越的新介质，例如SF6(六氟化硫)断路器和真空断路器等。

(5)利用金属灭弧栅熄灭电弧。用铁磁物质制成金属灭弧栅，当电弧发生后，立刻把电弧吸引到栅片内，将长弧分割成一串短弧，当电弧过零时，每个短弧的附近会出现150～250伏的介质强度，如果作用于触头间的电压小于各个介质强度的总和时，电弧就立即熄灭。这种灭弧方法在低压开关中用得很多。信息来源:https://www.sodocs.net/doc/1713450322.html,

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第4章-电弧的基本理论

第4章电弧的基本理论 电弧的实质是高温等离子体。 等离子体：由部分电子被剥夺后的原子及原子被电离后产生的正负电子组成的离子化气体状物质，它是除去固、液、气外，物质存在的第四态。 等离子体分为：高温等离子体和低温等离子体。电弧是高温等离子体。 电弧的特点：导电性能强、能量集中、温度高、亮度大、质量轻、易变形等。 4．1电弧的形成与去游离 放电的形式：非自持式放电和自持式放电。 非自持式放电：需要外部游离因素来维持的放电形式，主要指在气体环境下，放电持续需要依靠外界游离因素所造成的原始游离才能实现。 它的特点： 1.外因影响放电，外界游离因素消失，放电也会衰减直至停止； 2.具有饱和性，稳定的外部因素单位时间里游离出的带电粒子数目是稳定的，于是形成饱和形式的放电现象。 自持式放电：指当电场强度（场强）达到或超过一定值时，出现的电子崩可仅由电场的作用而自行维持和发展，不必再依赖外界游离因素的放电现象。 电弧是一种自持式放电现象，即电极间的带电质点不断产生和消失，处于一种动态平衡状态。 自持式放电： 1.放电不再依赖外界游离因素； 2.自持放电的条件是：电源的能量足以维持电弧的燃烧； 3.放电电流迅速增加，放电间隙电压迅速降低； 4.伴随有强光和高温。 4.1.1介质中电弧形成的机理 电弧的形成过程：介质向等离子体态的转化过程； 电弧的产生和维持：弧隙里中性质点（分子和原子）被游离的结果，游离就是中性质点转化为带电质点的过程。 从电弧的形成过程来看，游离过程分三种形式： 1.强电场发射：是在弧隙间最初产生电子的原因； 2.碰撞游离》：由英国物理学家汤森德在1903年提出（汤森德机理） 3.热游离：电弧产生之后，弧隙的温度很高，在高温作用下，气体的不规则热运动速度增加；具有足够动能的中性质点互相碰撞，又可能游离出电子和离子。 还有光游离、热电子发射、金属气化等。 4.1.2电弧的去游离过程 去游离的主要形式：复合和扩散。 1.复合去游离 复合：指正离子和负离子互相吸引，结合在一起，电荷互相中和的过程。 2.扩散去游离 扩散：指带电质点从电弧内部逸出而进入周围介质的现象。 弧隙内的扩散去游离的形式： 浓度扩散和温度扩散。 游离和去游离是电弧燃烧中两个相反的过程。 游离过程使弧道中的带电离子增加，有助于电弧的燃烧； 去游离过程使弧道中的带电离子减少，有利于电弧的熄灭。 由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象—叫电弧。电弧是由于电场过强，气体发生电崩溃而持续形成等离子体，使得电流通过了通常状态下的绝缘介质（例如空气）所产生的瞬间火花现象。1808年汉弗里·；戴维（Humphry Davy）利用此一现象发明第一盏“电灯”—电弧灯（voltaic

电弧产生的原理

電弧 一電弧的產生 1.熱電子發射&強電場發射 當開關斷開時﹐電觸頭分離過程中﹐由於動靜觸頭間的壓力和接觸面積不斷下降﹐接觸電阻迅速增大﹐使觸頭急劇發熱﹐溫度升高。在觸頭分開的瞬間﹐觸頭間立即充滿了不導電的介質(如空氣)﹐電流不能通過﹐即電路在一瞬間被切斷。但是由於這時觸頭溫度很高﹐金屬觸頭內的一部分自由電子﹐因具有較大的動能而從觸頭表面逸出﹐稱為“熱電子發 射”。同時由於觸頭分斷的瞬間距離很小﹐觸頭間電場強度很高﹐在強大電場力作用下﹐將陰極觸頭內的一部分電子從陰極表面拉出﹐稱“強電場發射”。這樣就使觸頭之間的介質中出現了自由電子。 2.碰撞遊離 自由電子在電場力作用下﹐逐漸加速運動﹐迅速奔向陽極﹐自由電子在向陽極高速運動的過程中﹐不斷與氣體分子發生碰撞﹐運動中的自由電子積累足夠大的動能時﹐碰撞會使中性的氣體分子分離成正離子和自由電子﹐稱“碰撞遊離”。 3.電弧 新產生的自由電子和原有的自由電子一起在電場中加速運動﹐又與其他的中性氣體分子碰撞﹐再次發生碰撞遊離﹐如此碰撞遊離連鎖發展下去﹐氣體介質中帶電質點大量增加﹐使原本絕緣的氣體間隙﹐由於存在著大量導電的自由電子和正離子﹐在電路電壓的作用下﹐失去絕緣而導電﹐稱為“擊穿” ﹐形成電弧。 4.熱遊歷 電弧放電時﹐電流的密度大﹐溫度高﹐弧柱溫度高達5000~13000℃。弧柱中的高溫氣體分子本身具有極高的動能而作劇烈的熱運動﹐在無規則的熱運動中相互碰撞而遊離﹐稱為“熱遊歷”。弧柱中導電的正離子和自由電子﹐就是靠熱遊歷來維持的。電弧越強﹐溫度越高﹐電弧就越穩定。 5.電弧電壓 開關觸頭分斷電路時產生電弧﹐其強弱除與電路的電壓有關外﹐還決定於被切斷電流的大小﹔電弧形成後﹐維護電弧穩定燃燒的電壓稱為電弧電壓﹐。電弧電壓沿整個弧長非均勻分佈﹐分為陰極壓降區﹐弧柱和陽極壓降區三部分﹐陰極壓降區只占弧長很少的一部分﹐但是電壓比較高﹐約10~~20V﹐陽極壓降區的電壓一般小於陰極壓降區的電壓﹐且隨電弧電流的增大而減小﹐甚至接近於零﹐弧柱雖然占弧長的大部分﹐電壓變化卻不大。陰極壓降對滅弧﹐尤其是低壓電路中的滅弧﹐具有重大意義。

电弧的原理

电弧 电弧当用开关电器断开电流时，如果电路电压不低于10—20伏，电流不小于80~100mA，电器的触头间便会产生电弧。电弧是高温高导电率的游离气体，它不仅对触头有很大的破坏作用，而且使断开电路的时间延长。因此，在了解开关电器的结构和工作情况之前，首先来看看其是如何产生和熄灭的。电弧的形成是触头间中性质子(分子和原子)被游离的过程。开关触头分离时，触头间距离很小，电场强度E很高(E = U/d)。当电场强度超过3×10---6---V/m时，阴极表面的电子就会被电场力拉出而形成触头空间的自由电子。这种游离方式称为：强电场发射。从阴极表面发射出来的自由电子和触头间原有的少数电子，在电场力的作用下向阳极作加速运动，途中不断地和中性质点相碰撞。只要电子的运动速度v足够高，电子的动能A = mv2足够大，就可能从中性质子中打出电子，形成自由电子和正离子。这种现象称为碰撞游离。新形成的自由电子也向阳极作加速运动，同样地会与中性质点碰撞而发生游离。碰撞游离连续进行的结果是触头间充满了电子和正离子，具有很大的电导；在外加电压下，介质被击穿而产生电弧，电路再次被导通。触头间电弧燃烧的间隙称为弧隙。电弧形成后，弧隙间的高温使阴极表面的电子获得足够的能量而向外发射，形成热电场发射。同时在高温的作用下(电弧中心部分维持的温度可达10000℃以上)，气体中性质点的不规则热运动速度增加。当具有足够动能的中性质点相互碰撞时，

将被游离而形成电子和正离子，这种现象称为热游离。随着触头分开的距离增大，触头间的电场强度E逐渐减小，这时电弧的燃烧主要是依靠热游离维持的。在开关电器的触头间，发生游离过程的同时，还发生着使带电质点减少的去游离过程。电弧是一种空气导电的现象，在两电极之间产生强烈而持久的放电现象，称为电弧。电弧的能量集中，温度极高，亮度很强。例：10kv QF 断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上。电弧由阴级区、阳极区和弧柱区组成。弧柱处温度最高，可达6-7k0C到1万度以上。在弧柱周围温度较低。亮度明显减弱的部分叫弧焰，电流几手都从弧柱内部流过。电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的电压很低。在大气中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅15-30v。在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱电压仅100-220v。电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形。电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动，伸长或弯曲。电弧对电力设备、动力设备的断路器有破坏作用，必须尽量消除。但在机械、建筑等领域，电焊却是一种广泛应用的工艺。在化工等领域，电弧喷涂也得到广泛应用! 灭弧 灭弧室是盆状的，底部有孔，动触头在孔中穿过，与静触头接触形成导电通路。灭弧室、静触头和动触杆上都有铜钨合金，灭弧室外有灭弧线圈。当动触杆和静触头分开即分闸操作时电弧会马上转移到灭弧室内，电流流过线圈，在灭弧室内建立磁场。

第3章电弧理论

第3章电弧理论

第3章电弧及电气触头的基本理论 教学要求:掌握电弧的形成及熄灭条件，熟悉电弧形成的物理过程、特性；掌握直流电弧 及交流电弧的特性及熄灭条件；掌握开关电 器常用的熄弧方法；了解电气触头的类型、 工作条件；掌握接触电阻的形成、发展、后 果及降低措施。 3.1电弧的形成和熄灭 概述 电弧——为一种气体游离放电现象 现象：开关电器开断电路时，触关间产生的耀眼的白光。 △电弧的存在说明电路中有电流，只有当 电弧熄灭，触头间隙成为绝缘介质时，电路 才算断开。 特征： ①电弧的能量集中，温度报高，亮度很强 例：10kvQF断开20kv的电流，电弧功率达到一万kw以上 EMBED AutoCAD.Drawing.14 ②电弧由阴级区，阳极区和弧柱区组成弧柱处温

度最高，可达6~7k0C到1万度以上在弧柱 周围温度较低，亮度明显减弱的部分叫弧 焰，电流几手都人人弧柱内部流过。 ③电弧的气体放电是自持放电，维持电弧燃烧的 电压很低在大气中，1cm长 的直流电弧的弧柱电压仅15~30v，在变压器油中，1cm长的直流电弧的弧柱 电压仅100~220v ④电弧是一束游离的气体，质量极轻，极易变形电弧在气体或液体的流动作用下或电动力作用下，能迅速移动、伸长或弯曲。 电弧的形成 1、带电质点的来源①电极发射大量自由电子： 热电子+强电场发射 ②弧柱区的气体游离，产生大 量的电子和离子：碰撞游离+热游离 2、电弧的形成 EMBED Equation.3 eq \o\ac(○,—) EMBED Equation.3 电弧的熄灭 去游离 介质的游离作用→电弧产生介质的去游离作

电焊工作业基础理论知识

电焊工基础理论 培训资料 一、基本知识 1.什么叫焊接? 答： 两种或两种以上材质(同种或异种),通过加热或加压或二者并用,来达到原子之间的结合而形成永久性连接的工艺过程叫焊接. 2.什么叫电弧？ 答： 由焊接电源供给的，在两极间产生强烈而持久的气体放电现象—叫电弧。 〈1〉按电流种类可分为： 交流电弧、直流电弧和脉冲电弧。 〈2〉按电弧的状态可分为： 自由电弧和压缩电弧（如等离子弧）。 〈3〉按电极材料可分为： 熔化极电弧和不熔化极电弧。 3.什么叫母材？ 答： 被焊接的金属---叫做母材。 4.什么叫熔滴？ 答：

焊丝先端受热后熔化，并向熔池过渡的液态金属滴---叫做熔滴。 5.什么叫熔池？ 答： 熔焊时焊件上所形成的具有一定几何形状的液态金属部分---叫做熔池。 6.什么叫焊缝？ 答： 焊接后焊件中所形成的结合部分。 7.什么叫焊缝金属？ 答： 由熔化的母材和填充金属（焊丝、焊条等）凝固后形成的那部分金属。 8.什么叫保护气体？ 答： 焊接中用于保护金属熔滴以及熔池免受外界有害气体（氢、氧、氮）侵入的?--保护气体。 9.什么叫焊接技术？ 答： 各种焊接方法、焊接材料、焊接工艺以及焊接设备等及其基础理论的总称—叫焊接技术。 10.什么叫焊接工艺？它有哪些内容？ 答： 焊接过程中的一整套工艺程序及其技术规定。内容包括：

焊接方法、焊前准备加工、装配、焊接材料、焊接设备、焊接顺序、焊接操作、焊接工艺参数以及焊后处理等。 11.什么叫CO2焊接？ 答： 用纯度> 99.98%的CO2做保护气体的熔化极气体保护焊—称为CO2焊。 12.什么叫MAG焊接？ 答： 用混合气体75--95% Ar + 25--5 % CO2，（标准配比：80%Ar + 20%CO2）做保护气体的熔化极气体保护焊—称为MAG焊。 13.什么叫MIG焊接？ 答： 〈1〉用高纯度氩气Ar≥ 99.99%做保护气体的熔化极气体保护焊接铝及铝合金、铜及铜合金等有色金属； 〈2〉用98% Ar + 2%O2或95%Ar + 5%CO2做保护气体的熔化极气体保护焊接实心不锈钢焊丝的工艺方法--称为MIG焊。 〈3〉用氦+氩惰性混合气做保护的熔化极气体保护焊。 14.什么叫TIG（钨极氩弧焊）焊接？ 答： 用纯钨或活化钨（钍钨、铈钨、锆钨、镧钨）作为不熔化电极的惰性气体保护电弧焊，简称TIG焊。